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1、石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告1电子系统设计实习报告电子系统设计实习报告4 人智力竞赛抢答器班 级：电子 01-1 设计者： 何玉迎 王丽晖 李小 瑞 学 号： 01044101 01044107 石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告210441044 4 人智力竞赛抢答器人智力竞赛抢答器指导老师指导老师:刘丽萱刘丽萱 耿敏耿敏 设计者：何玉迎设计者：何玉迎 李小瑞李小瑞 王丽王丽 晖晖 班级：电子班级：电子 01-2 班班内容摘要：内容摘要： 该抢答器用数字显示抢答倒计时时间，由“9”倒计到“0”时
2、，蜂鸣 器连续响 0.5 秒。选手抢答时，显示选手号，同时蜂鸣器响 0.5 秒，倒计 时停止。 该电路采用石英晶体振荡器产生频率为 1Hz 的脉冲信号，起振快， 定时精度高，使用方便。一、设计内容及要求：设计内容及要求： 1. 设计内容：本课题要求设计一台可供 4 名选手参加比赛的智力竞赛 抢答器。 2. 设计要求： 14 名选手编号为；1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号 与选手的编号对应，也分别为 1，2，3，4。 2给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（编号显示数码 管灭灯）和抢答的开始。 3抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动 抢答按钮，改选手编号立即
3、锁存，并在编号显示器上显示该编号， 同时扬声器给出音响提示，同时封锁输入编码电路，禁止其他选 手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。4抢答器具有定时（9 秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后， 要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间，同时 扬声器发出音响，音响持续 0.5 秒。参赛选手在设定时间（9 秒） 内抢答，抢答有效，扬声器发出音响，音响持续 0.5 秒，同时定石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告3时器停止倒计时，编号显示器上显示选手的编号，定时显示器上 显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。 5如果
4、定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系 统扬声器报警（音响持续 0.5 秒） ，并封锁输入编码电路，禁止选 手超时后抢答，时间显示器显示 0。 6石英晶体振荡器产生频率为 1Hz 的脉冲信号，作为定时计数器的 CP 信号。 7 二、电路工作原理：二、电路工作原理：电路由脉冲产生电路，锁存电路，编码及译码显示电路，倒计时 电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选 手抢答，然后编码，再经 4 线 7 段译码器将数字显示在显示器上同时 音响产生。主持人开始时，倒计时电路启动由 9 计到 0，如有选手抢 答，倒计时停止。三、选定系统设计方案，画出系统框图三、选定系统设
5、计方案，画出系统框图4 人智力竞赛抢答器系统框图如下所示主持人 选手 振荡器计时器译码器显示器扬声器锁存器编码转换电路译码器扬声器显示器石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告4四、四、 单元电路设计参数计算及元器件选择单元电路设计参数计算及元器件选择1. 以锁存器为中心的编码显示电路以锁存器为中心的编码显示电路。此电路是以四 D 触发器 74LS175 为中心的编码锁 存系统，编码器的作用是把锁存器 的输出转化成 8421BCD 码，进而送给 7 段显示译码器。其真值表为：锁存器输出 编码器输出Q4Q3Q2Q1DCBA00010001001000100
6、100001110000100由真值表可得出 A= Q4 Q3 Q2 Q1+Q4 Q3 Q2 Q1 ，B= Q4 Q3 Q2 Q1+Q4 Q3 Q2 Q1C=Q4Q3 Q2 Q1, D=0无人抢答时，输出为零，有人抢答时，D 触发器将数据送出同时封锁 触发器脉冲，使其他人不能抢答，送出数据经编码器成为 8421BCD 码， 送到七段显示器上，显示抢答选手的号码。该部分电路如下图所示石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告51 2 4 561 2 4 561 2 4 561 2 4 561 231 231 2 4 565VU8DCD_HEX4 3 2 11
7、 2 4 56BusU101D4CLK91Q2CLR174LS175N2D53D124D131Q32Q63Q103Q112Q74Q154Q14V11Hz 5V5VVCC如图所示，当无人抢答时，4 个 D 触发器的输出 Q “与”在一起， 为“1” ，使脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0” ，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答，而显示器上只显 示先抢答人的编号。 2.脉冲产生电路脉冲产生电路：该电路是由 555 定时器构成的多谐振荡器，使其产生 需要的方波作为触发器和计数器的 CP 脉冲，由于电路对脉冲的精确度 要求不是很高而晶体振荡需要分频，所以采用 555 定时器构
8、成的多谐振 荡器，电路及波形如下图所示：U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCC555_VIRTUALR1C1R3C3 1uF5VVCCABTGXSC1石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告6 3.倒计时显示电路倒计时显示电路：该电路使用了十进制同步减计数器 74LS190，主持 人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9” ，并在脉冲作用下 开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。电路图如下所示：A15B1C10D9U/D5QA3QB2QC6QD7CTEN4LOAD11 RCO13 MAX/MIN12CLK14U374
9、LS190D5VU4DCD_HEX4 3 2 11 231 231 23U1A 74LS08N1 23V11Hz 5V如图所示，当倒计时输出不为零时， “或”门输出为“1” ，与脉冲同 时输入到“与”门中，使脉冲可以送给计数器，当计数器输出为零时， “或”门输出为“0” ，使脉冲不能输入到计数器中，从而使计数器停在“0” 。石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告74.音响电路音响电路：它是由集成单稳态触发器 74LS121 构成一个在下降沿出发 的触发器，再接入蜂鸣器，根据 74LS121 产生的脉冲宽度 t=0.69RC 计 算，使得蜂鸣器的鸣叫时间
10、为 0.5 秒。再由主持人，选手，倒计时共同 控制它的输入，使其在主持人开始，选手抢答，倒计时到零时都能鸣叫。 电路图如下：（74LS121 用 MONOSTABLE 代替）U1MONOSTABLEQWVCC RT/CT CT A1 A2MONOSTABR1 10kohmC1 200nF5VVCC200HzU2（图中 A1,A2 为输入端） 五、画出完整的电路图五、画出完整的电路图石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告85V VCC1D4CLK91Q2CLR174LS175D2D53D124D131Q32Q63Q103Q112Q74Q154Q14Bus
11、1 2 4 5674LS21D 1 2 4 5674LS21D 1 2 4 56 74LS21D 1 2 4 56 74LS21D74LS32D1 2374LS32D1 23DCD_HEX4 3 2 11 2 4 565VU13DCD_HEX4 3 2 1U20MONOSTABLEQWVCC RT/CT CT A1 A2MONOSTAB5VVCC9 10 12 13874LS21D1 2 4 5674LS21D15 1 10 953 2 6 741113 1214B CQA QB QC QDBODLOAD CLR DOWN UP 74LS192NACOR2R1Key = 4Key = 3Key
12、 = 2Key = 1C1C2U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCCLM555CHR3 R4 R5 R6R7 10kOhm_5%C4 510nF如图为总电路，锁存电路 74LS175 的脉冲是由 3 部分控制的，分别 是 74LS175 的输出 Q，555 产生的脉冲和计数器的输出，当有一个人 抢答或计数器计到零时，都将封锁脉冲，此时不能再抢答。音响电路 则由主持人，计数器及抢答选手控制，当主持人按下开关宣布开始， 有选手抢答和计数器计到“0”时，都会给 74LS121 输入一个上升沿 或下降沿，从而使 121 产生一个时间为 0.5 秒的脉冲是蜂鸣器发出声 响。
13、六、六、 列出参考文献列出参考文献石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告石油大学（北京）电子系统综合实验设计报告91.荣君雅等主编，数字电子技术，机械工业出版社 2.标准集成电路数据手册 TTL 电路，电子工业出版社 3.康华光主编，电子技术基础（数字部分） ，高等教育出版社 4.黄继昌等主编，数字集成电路应用 300 例，人民邮电出版社 5.肖景和编著，数字集成电路应用精粹，人民邮电出版社 6. 七、七、 系统需要的元器件清单：系统需要的元器件清单：Quantity Description Reference_ID Package=1 RESISTOR, 10kOhm_5% R7 RES0
14、.56 RESISTOR, 1.0kOhm_5% R6, R5, R4, R3, R1, R2 RES0.51 TIMER, LM555CH U1 H08C2 CAPACITOR, 1.0uF C2, C1 cap54 SWITCH, SPST J1, J2, J3, J4 SPST1 74LS, 74LS192N U12 NO167 74LS, 74LS21D U3, U4, U5, U6, U10 DO14, U11, U19 2 74LS, 74LS32D U7, U8 DO141 SWITCH, SPDT J5 SPDT1 74LS, 74LS175D U2 DO161 BUZZER, BUZZER U21 BUZZER= 八、八、 调试过程中遇到的问题及解决方法调试过程中遇到的问题
